Architecture
System
软件体系结构
Model 1 View 1
Model 2 View 2
Model 3 View 3
软件体系结构描述
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体系结构描述方式 使用不同的策略和方法可对同一软件体系结构 作不同的理解和描述
如：描述一块石头的重量
• • • • • • • 比较轻 比另一块重一些 大约2公斤 四斤六两 2.32Kg 5.114751207磅 „„
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软件体系结构的描述 软件体系结构和软件体系结构描述不同的两个 概念
软件体系结构是附属于系统之中。只要存在系统，体 系结构就存在
• 如：每个石头都会有重量
软件体系结构描述是将体系结构可视化的手段和产物
• 如：表示一个石头的重量
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如何理解体系结构描述
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形式化方法的进化——ADL
纯形式化方法的不足 形式化方法不能直接支持软件的各种概念，因此难以 在实践中应用 体系结构描述语言ADL (Architecture Description Language) 应用通用的形式化方法对体系结构和风格进行建模和 分析，在体系结构的抽象级上提供一个精确的语义。 提供了强有力的分析能力、抽象和与实现的细节无关 性。 为体系结构元素定义了一系列符号，可以应用于实际 的复杂系统的描述。
• 如WRIGHT、Aesop
根据与实现细节的关系的描述语言 实现无关语言（Implementation Independent Languages） 实现相关语言（Implementation Constraining Languages）
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几种ADL简介
Darwin 系统
基于OO的软件体系结构描述方法
OO描述方法的优点：
1. 采用面向对象方法，更能反映软件体系结构的本质特 征。 2. 提供了多个视图直观形象地反映体系结构元素所具有 的功能、特征。 3. 通过类图、包图等反映体系结构的静态特征，并通过 协作图、序列图、部署图等反映体系结构的动态特征。
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OOADL 形式化ADL
Ｗright 系统

DSADL
XYZ/ADL
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几种ADL简介（续） Darwin
采用π演算来分析、描述带有演化通信结构的并发系 统。在π演算中，一个系统被表述成一组具有独立功 能的进程集，集合中的每个进程可以与其它进程建立 连接，每个连接都有一个连接名。Darwin采用π演算 对系统行为进行建模，利用其强类型系统进行静态检 查。
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软件体系结构的形式化描述 软件体系机构形式化描述风格
风格的多样性问题 风格的通用性问题 风格的专用性问题
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何谓形式化方法 形式化方法：
借助抽象的方法将软件系统转化为数学模型 如何抽象取决于关注点
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UML特性 特点
语义极其丰富 语义相对精确 有少量的形式化基础
用途
需求分析 OO类设计 行为设计和分析 代码自动生成
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UML图实例 类图（Class Diagram）
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UML图实例 用例图（Use Case Diagram）
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非标准图形符号描述
非标准图形符号描述 用由矩形框和有向线段组合而成的图形表达工具。其 中，矩形框代表抽象构件，有向线段代表辅助各构件 进行通讯、控制或关联的连接件。 特点 语义丰富 语义极不精确 没有形式化基础 用途 商业展示 设计草图
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ADL应当有什么功能
定义和描述结构概念（Capture） 描述一个系统是如何被构件建立起来的（Construction） 描述如何通过现有的构件生成新的系统（Composition） 指导从多个不同的设计和实现中挑选最优方案（Selection） 检验一个设计是否能够满足需求（Verification） 检测一个需求对系统的隐含影响（Analysis） 根据需求自动化构建系统（Automation）
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几种ADL简介（续） XYZ/ADL
针对国内唐稚松院士提出基于时序逻辑的XYZ语言进 行扩充，用来描述验证具有实时性、可靠性要求的软 件体系结构。
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几种ADL简介（续）
DSADL 采用属性文法(AG)来形式化描述软件体系结构。传 统的属性文法是在一上下文无关文法(Context Free Grammar，CFG)-G=(VN,VT,P,Z)上附加上下文有关 的属性和规则。其中， VN是非终结符号集；VT是 终结符号集；P是产生式集；Z是开始符号。假设G是 规范CFG。P中的产生式为 p: Xp,,0→Xp,1…Xp,np，np≥1，表示的右部所含符号 的长度；Xp,0∈VN，Xp,i∈V;V= VN∪VT; 1≤i≤np。 DSADL针对分布式软件的特征引入了并行描述机制 、 特殊的终结符号、条件产生式 。
a m F
dm v F dt s v0t at2 / 2
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形式化的抽象
实际事物
形式化方法
形式化描述
• 计 算 和 预 测
• 分 析 与 评 估
• 精 确 描 述
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内容概要 形式化描述简介 软件体系结构的描述 软件体系结构形式化描述 实例：WRIGHT WRIGHT应用范例
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UML图实例 序列图（Sequence Diagram）
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UML图实例 协作图（Collaboration Diagram）
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UML图实例 构件图（Component Diagram）
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模块接口语言MIL MIL的优点：
具有严格的语义基础，能够支持对较大的软件单元进 行诸如：定义/使用（Definition/Use）、接口定义 （Interface Definition）和导入/导出 （Import/Export）等操作。 一般来讲，MIL与实际的实现语言无关，只关注构件 的对外表现协议以及构件之间的通讯关系
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项目管理
静态分析器
时间分析器
测试配置
测试结果库
缓冲
最优/最劣时间 计算
布图算法
复杂度计算
带时间特性的 流程图
函数调用关系 图
程序复杂度
测试结果打印
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UML 基于UML技术的软件体系结构描述方法
1996年，Rational、Catapulse公司发起workshop， 倡议用UML进行体系结构描述和建模、特定领域体 系结构建模；对UML中的stereotypes、profiles等 进行扩充，支持体系结构的表示 2004年，UML2.0发布，增强了通用软件体系结构的 描述能力。 本质上UML是侧重于面向对象（OO, Object Oriented)软件系统设计的语言
•精确程度不同 •单位不同 •测量基准不同
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体系结构描述方式
体系结构描述方式标准 语义丰富性 语义精确性 形式化程度 主要描述方式 非标准的图形符号 UML 模块接口语言MIL Preciseness ADL
Richness
O
Formalization
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我们在哪里
抽象描述 体系结构描述 非形式化描述
非标准图形符号描述： 用于粗略描述和展示
UML： 用于系统设计和理解
MIL： 用于实现体系结构的设计
形式化描述
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软件体系结构的形式化描述 为什么需要形式化描述
需要严格、精确无歧异的描述，以便在系统众多的涉 众中进行交流 需要演算的能力，使得在判断系统质量的时候可以由 计算得出，而不是仅仅凭借经验推测 需要进行体系结构分析自动化
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模块接口语言MIL MIL的缺点
这些语言处理和描述的软件设计开发层次过于依赖程 序设计语言，限制了它们处理和描述比程序设计语言 元素更为抽象的高层次软件构架元素的能力。
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内容概要 形式化描述简介 软件体系结构的描述 软件体系结构形式化描述 实例：WRIGHT WRIGHT应用范例
前两者不能被认为是真正意义上的ADL
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ADL分类（续）
根据研究范围分类 研究体系结构配置结构的描述语言
• 如Darwin、CHAM（Chemical Abstract Machine）
研究体系结构实例的描述语言
• 如Rapide、UniCon
研究体系结构风格的描述语言
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ADL分类 根据结构分类
隐式配置语言(Implicit Configuration Languages) 嵌入式配置语言(Inline Configuration Languages) 显式配置语言(Explicit Configuration Languages)